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摘要：上海宝钢梅山钢铁股份有限公司热轧厂油膜润滑系统电机控制使用施耐德ATV71变频器。本文简单介绍了ATV71变频器、油膜润滑系统的工艺和硬件构成，并详细分析了电机变频控制原理以及与PLC控制系统之间的关系，并对该系统中变频器的调试步骤进行了详细总结。
关键词：ATV71变频器；电机控制；通信；Profibus-DP；参数设置
0 引言
上海宝钢梅山钢铁股份有限公司热轧厂1780产线所有轴承油膜润滑系统、齿轮稀油润滑系统的主泵电机都是采用的施耐德ATV71变频器进行控制。该装置拥有方便快捷的通信联网形式，可以和PLC实现联网通信，进行参数的设定和各种信息的交换。这种变频器通信的优点是经济实惠、信息量大、设备联网。
1780产线油膜潤滑系统于2012年3月投入运行。它采用西门子S7-400PLC控制，其核心控制是“电机—PLC—变频器”形成闭环控制，通过变频器调节润滑泵电机的速度，以达到给终端设备提供稳定的稀油润滑。变频器和PLC的通信方式是影响供油稳定性的制约环节。在1780润滑系统中采用了数字通信技术—Profibus-DP网，实现了变频器的网络控制，取得了良好效果。
1 ATV71变频器简介
ATV71系列变频器通过使用三种类型电源，将整个系列的电机功率额定值扩展为0.37kW至500kW。其控制类型（异步电机）有：带或不带传感器的磁通矢量控制，电压/频率比（2或5个点），ENA系统。
ATV71变频器集成了Modbus与CANopen总线协议，并以此为标准，同时集成了大量的功能。可通过使用通信可选卡、I/O扩展卡、“Controller Inside” （ 内置控制器） 可编程卡或编码器接口卡对这些功能进行扩展。诸如制动电阻器、电阻制动单元以及滤波器等外部选件使产品得到了完善。
2 油膜润滑系统介绍
2.1 系统工艺
现在以1780产线E1R1轴承油膜润滑系统为例来讲述油膜润滑系统的工艺。
粗轧E1R1轴承油膜润滑系统为粗轧E1R1机架提供稳定流量的稀油润滑，和轴承油膜润滑。系统正常运行时，需要控制润滑电机的转速来满足管路所设定的压力。当管路压力存在偏差时，PLC通过比较压力给定及反馈之间的差值，通过PID控制器，经由PROFIBUS协议发送新的速度给定给变频器，变频器实现调速，从而稳定管路压力。
该系统由以下几部分组成：高压泵组（一用一备）、循环低压螺杆泵，油箱、循环和加热系统、冷却系统、压力罐、油箱加油和排油系统、水/油脱离器、温度和压力的监控元件等。系统中有2个主润滑泵电机，为E1R1轴承提供稳定流量的稀油润滑，同时在油箱需要对外排油时，能将油箱中的油抽出油箱。可以通过现场的控制箱手动启动和停止主润滑泵电机，也可通过远程的HMI控制主润滑泵电机。
2.2 系统的硬件构成和连接
系统由Intouch11.0组态软件（HMI）、STEP7编程软件、西门子S7-400PLC、施耐德ATV71变频器、现场各种传感器等组成。变频器通过通信卡VW3A3307和S7-400PLC用Profibus-DP网连接。
3 主泵电机的变频控制
3.1 电机的PID控制流程
图1所示为系统电机的PID控制流程。作为一个完整的闭环控制系统，仅仅通过Profibus-DP通信控制变频器的启停是不够的，还必须通过Profibus-DP通信进行速度给定调节。润滑电机是变速电机，电机以低速起动，然后以斜坡的方式加速到期望的速度，期望的速度是根据系统所需要的压力换算来的。润滑系统的管线上装有一个模拟量的压力传感器，将其检测到的管路压力值反馈到PLC，PLC将管路压力反馈值与给定压力进行比较，经过PI调节，生成电机的速度给定并将该速度给定再输送到ATV71的PID调节器，变频器最终实现调节润滑电机的转速，给E1R1机架提供稀油润滑和轴承油膜润滑，通过这个闭环系统达到润滑油的压力稳定（即流量稳定）。
3.2 电机的控制电路
润滑系统中有2个主润滑高压润滑泵电机和1个循环泵电机，其中2个7.5KW的主泵电机采用ATV71变频器控制。1780产线润滑系统电机控制使用的变频器改变了以往硬线接线的模式，而是采用Profibus-DP通信卡VW3A3307将变频器连接至Profibus-DP总线，从而实现与PLC系统的数据交换。柜中基本设备包含变频器、主熔断器、主开关、进线电抗器、出线电抗器等。
进线电抗器可被用于给线路电源提供改进的过载保护，并能减小变频器产生的电流谐波失真。电抗器的值定义为对于3%与5%额定电源电压之间的电压降。如果大于此值，就会引起转矩损失。这个电抗器应安装在变频器的上游。
出线电抗器，即电机电抗器，用于限制限制dv/dt。电机电抗器能够将电机端子上的dv/dt限制到500V/μs，将电机端子上的过电压限制到：1000V至400Va （rms值）或1150V至460Va （rms值），消除打开滤波器与电机之间的接触器所引起的滤波器干扰，减小电机接地泄漏电流。这个电抗器应安装在变频器的下游。
变频器通过通信卡VW3A3307连接至Profibus-DP网。通信卡的数据交换功能可以满足变频器的所有ATV71功能：配置功能、更新调节参数、控制信号发送、监视、诊断。
3.3 变频器的网络控制
本系统使用的是主—从通讯原理。采用树型结构将多台变频电机的ATV71变频器以PROFIBUS网络形式，与S7-400远程I/O柜一起连接到粗轧区域的PLC主站（ND11E10+PLC01），主站周期地读取从站的信息并周期地向从站发送信息。Profibus-DP总线上最多站点（主—从设备）数为126。要实现ATV7I与Profibus-DP网络的物理连接，需选择Profibus-DP通信卡VW3A3307，作为从站，该卡有一个标准的九针SUB-D型母接头，用标准的Profibus-DP网络电缆及接头连接到Profibus-DP网络，我们只需对所有的远程I/O柜和变频器设置一个从站地址即可。图2展示了粗轧区域硬件组态的部分网络拓扑图，下方的ATV71就是润滑电机的变频器。 4 ATV71变频器调试步骤
1）确认变频器的型号、安装、接线无误后，安装好通信卡，然后上电，选择所需语言。
2）变频器地址编码。通信卡上有8个寻址开关，最左边的1个开关用于决定变频器的周期性交换类型：开关0（OFF）代表Altivar 71模式；开关1（ON）代表 Altivar 58兼容模式。右側7个开关用于设置该变频器的地址，地址与对应于通信卡上右侧7个开关的位置0（上/OFF）或1（下/ON）给出的二进制数相对应，最低有效位在右方。配置地址时，按设计要求将该变频器通信卡地址拨到相应位置，在总线上通过地址（编码为0至126之间）来识别ATV71。
3）电机控制信号配置，即设置电机的参数。本润滑系统电机所需参数设置主要包括电机的额定功率（7.5KW）、额定电压（400V）、额定电流（17A）、额定转速（970rpm），这些值设置为电机铭牌上的额定值。
4）输入输出设置。继电器R1分配，设置为变频器运行。在此控制系统中，输入输出设置只需设置这一个值，继电器R1是用来控制变频电机风机的。
5）1.9通信配置。
①选择本厂所用的通信模式Profibus，地址设置为本变频器所分配到得地址，即之前通信卡寻址开关上拨的地址。
②配置PZD（通信扫描仪）。PZD配置必须在电机停止运行时进行。
这里INPUT和OUTPUT是从PLC 的角度去看的。参考《ATV71中文通讯手册》，查找出需要访问的参数的地址，并把这个地址写到COM.SCANNER INPUT或COM.SCANNER OUTPUT菜单的参数里，就可以实现对该参数的访问。
5 应用实例
油膜润滑系统主泵电机启动时，出线几次报“过电流”故障而跳闸的事故，复位后正常运行的无规律现象。分析故障原因可能是电机的加速时间设置不合理而导致的。本厂的润滑系统变频器加减速时间均使用的是出厂设置，即3S。事实上，这个过电流整定值OC过小，应适当增大。经验值为1.5～2s/kW，大于30kW，取>2s/kW，后来我们根据电机容量和现场实际需要将加速时间从3S改到6S。到目前为止，还没有出现跳OC的现象。在这个故障中充分体现了ATV71变频器的监视、诊断、调节参数的功能。
6 结束语
热轧厂1780产线润滑系统已经稳定运行了一年半了，实际运行表明，变频器的控制精度高、可靠性高、安装方便，只需在原断路器和电机问串联变频器即可，无需对负载和电机做任何改动，维护简单。
参考文献
[1]杜建国，杜昌峰.施耐德ATV71、ATV61和西门子Profibus-DP连接[M].山东：山东煤炭科技，2009年.
[2]史国生.交直流调速系统（第二版）.北京：化学工业出版社，2006.
[3]ATV71+Profibus+DP用户手册.
关键词：ATV71变频器；电机控制；通信；Profibus-DP；参数设置
0 引言
上海宝钢梅山钢铁股份有限公司热轧厂1780产线所有轴承油膜润滑系统、齿轮稀油润滑系统的主泵电机都是采用的施耐德ATV71变频器进行控制。该装置拥有方便快捷的通信联网形式，可以和PLC实现联网通信，进行参数的设定和各种信息的交换。这种变频器通信的优点是经济实惠、信息量大、设备联网。
1780产线油膜潤滑系统于2012年3月投入运行。它采用西门子S7-400PLC控制，其核心控制是“电机—PLC—变频器”形成闭环控制，通过变频器调节润滑泵电机的速度，以达到给终端设备提供稳定的稀油润滑。变频器和PLC的通信方式是影响供油稳定性的制约环节。在1780润滑系统中采用了数字通信技术—Profibus-DP网，实现了变频器的网络控制，取得了良好效果。
1 ATV71变频器简介
ATV71系列变频器通过使用三种类型电源，将整个系列的电机功率额定值扩展为0.37kW至500kW。其控制类型（异步电机）有：带或不带传感器的磁通矢量控制，电压/频率比（2或5个点），ENA系统。
ATV71变频器集成了Modbus与CANopen总线协议，并以此为标准，同时集成了大量的功能。可通过使用通信可选卡、I/O扩展卡、“Controller Inside” （ 内置控制器） 可编程卡或编码器接口卡对这些功能进行扩展。诸如制动电阻器、电阻制动单元以及滤波器等外部选件使产品得到了完善。
2 油膜润滑系统介绍
2.1 系统工艺
现在以1780产线E1R1轴承油膜润滑系统为例来讲述油膜润滑系统的工艺。
粗轧E1R1轴承油膜润滑系统为粗轧E1R1机架提供稳定流量的稀油润滑，和轴承油膜润滑。系统正常运行时，需要控制润滑电机的转速来满足管路所设定的压力。当管路压力存在偏差时，PLC通过比较压力给定及反馈之间的差值，通过PID控制器，经由PROFIBUS协议发送新的速度给定给变频器，变频器实现调速，从而稳定管路压力。
该系统由以下几部分组成：高压泵组（一用一备）、循环低压螺杆泵，油箱、循环和加热系统、冷却系统、压力罐、油箱加油和排油系统、水/油脱离器、温度和压力的监控元件等。系统中有2个主润滑泵电机，为E1R1轴承提供稳定流量的稀油润滑，同时在油箱需要对外排油时，能将油箱中的油抽出油箱。可以通过现场的控制箱手动启动和停止主润滑泵电机，也可通过远程的HMI控制主润滑泵电机。
2.2 系统的硬件构成和连接
系统由Intouch11.0组态软件（HMI）、STEP7编程软件、西门子S7-400PLC、施耐德ATV71变频器、现场各种传感器等组成。变频器通过通信卡VW3A3307和S7-400PLC用Profibus-DP网连接。
3 主泵电机的变频控制
3.1 电机的PID控制流程
图1所示为系统电机的PID控制流程。作为一个完整的闭环控制系统，仅仅通过Profibus-DP通信控制变频器的启停是不够的，还必须通过Profibus-DP通信进行速度给定调节。润滑电机是变速电机，电机以低速起动，然后以斜坡的方式加速到期望的速度，期望的速度是根据系统所需要的压力换算来的。润滑系统的管线上装有一个模拟量的压力传感器，将其检测到的管路压力值反馈到PLC，PLC将管路压力反馈值与给定压力进行比较，经过PI调节，生成电机的速度给定并将该速度给定再输送到ATV71的PID调节器，变频器最终实现调节润滑电机的转速，给E1R1机架提供稀油润滑和轴承油膜润滑，通过这个闭环系统达到润滑油的压力稳定（即流量稳定）。
3.2 电机的控制电路
润滑系统中有2个主润滑高压润滑泵电机和1个循环泵电机，其中2个7.5KW的主泵电机采用ATV71变频器控制。1780产线润滑系统电机控制使用的变频器改变了以往硬线接线的模式，而是采用Profibus-DP通信卡VW3A3307将变频器连接至Profibus-DP总线，从而实现与PLC系统的数据交换。柜中基本设备包含变频器、主熔断器、主开关、进线电抗器、出线电抗器等。
进线电抗器可被用于给线路电源提供改进的过载保护，并能减小变频器产生的电流谐波失真。电抗器的值定义为对于3%与5%额定电源电压之间的电压降。如果大于此值，就会引起转矩损失。这个电抗器应安装在变频器的上游。
出线电抗器，即电机电抗器，用于限制限制dv/dt。电机电抗器能够将电机端子上的dv/dt限制到500V/μs，将电机端子上的过电压限制到：1000V至400Va （rms值）或1150V至460Va （rms值），消除打开滤波器与电机之间的接触器所引起的滤波器干扰，减小电机接地泄漏电流。这个电抗器应安装在变频器的下游。
变频器通过通信卡VW3A3307连接至Profibus-DP网。通信卡的数据交换功能可以满足变频器的所有ATV71功能：配置功能、更新调节参数、控制信号发送、监视、诊断。
3.3 变频器的网络控制
本系统使用的是主—从通讯原理。采用树型结构将多台变频电机的ATV71变频器以PROFIBUS网络形式，与S7-400远程I/O柜一起连接到粗轧区域的PLC主站（ND11E10+PLC01），主站周期地读取从站的信息并周期地向从站发送信息。Profibus-DP总线上最多站点（主—从设备）数为126。要实现ATV7I与Profibus-DP网络的物理连接，需选择Profibus-DP通信卡VW3A3307，作为从站，该卡有一个标准的九针SUB-D型母接头，用标准的Profibus-DP网络电缆及接头连接到Profibus-DP网络，我们只需对所有的远程I/O柜和变频器设置一个从站地址即可。图2展示了粗轧区域硬件组态的部分网络拓扑图，下方的ATV71就是润滑电机的变频器。 4 ATV71变频器调试步骤
1）确认变频器的型号、安装、接线无误后，安装好通信卡，然后上电，选择所需语言。
2）变频器地址编码。通信卡上有8个寻址开关，最左边的1个开关用于决定变频器的周期性交换类型：开关0（OFF）代表Altivar 71模式；开关1（ON）代表 Altivar 58兼容模式。右側7个开关用于设置该变频器的地址，地址与对应于通信卡上右侧7个开关的位置0（上/OFF）或1（下/ON）给出的二进制数相对应，最低有效位在右方。配置地址时，按设计要求将该变频器通信卡地址拨到相应位置，在总线上通过地址（编码为0至126之间）来识别ATV71。
3）电机控制信号配置，即设置电机的参数。本润滑系统电机所需参数设置主要包括电机的额定功率（7.5KW）、额定电压（400V）、额定电流（17A）、额定转速（970rpm），这些值设置为电机铭牌上的额定值。
4）输入输出设置。继电器R1分配，设置为变频器运行。在此控制系统中，输入输出设置只需设置这一个值，继电器R1是用来控制变频电机风机的。
5）1.9通信配置。
①选择本厂所用的通信模式Profibus，地址设置为本变频器所分配到得地址，即之前通信卡寻址开关上拨的地址。
②配置PZD（通信扫描仪）。PZD配置必须在电机停止运行时进行。
这里INPUT和OUTPUT是从PLC 的角度去看的。参考《ATV71中文通讯手册》，查找出需要访问的参数的地址，并把这个地址写到COM.SCANNER INPUT或COM.SCANNER OUTPUT菜单的参数里，就可以实现对该参数的访问。
5 应用实例
油膜润滑系统主泵电机启动时，出线几次报“过电流”故障而跳闸的事故，复位后正常运行的无规律现象。分析故障原因可能是电机的加速时间设置不合理而导致的。本厂的润滑系统变频器加减速时间均使用的是出厂设置，即3S。事实上，这个过电流整定值OC过小，应适当增大。经验值为1.5～2s/kW，大于30kW，取>2s/kW，后来我们根据电机容量和现场实际需要将加速时间从3S改到6S。到目前为止，还没有出现跳OC的现象。在这个故障中充分体现了ATV71变频器的监视、诊断、调节参数的功能。
6 结束语
热轧厂1780产线润滑系统已经稳定运行了一年半了，实际运行表明，变频器的控制精度高、可靠性高、安装方便，只需在原断路器和电机问串联变频器即可，无需对负载和电机做任何改动，维护简单。
参考文献
[1]杜建国，杜昌峰.施耐德ATV71、ATV61和西门子Profibus-DP连接[M].山东：山东煤炭科技，2009年.
[2]史国生.交直流调速系统（第二版）.北京：化学工业出版社，2006.
[3]ATV71+Profibus+DP用户手册.